关于到最近整数距离的等式的简洁证明方法问询
我最近在推导一个涉及到最近整数距离(记为$\lVert \cdot \rVert$)的等式时,遇到了一点小困惑,想请教大家有没有更简洁的证明思路。
首先说下问题背景:我是从一篇学术论文的相关页面引出的这个问题,原问题是:当整数$s \geq 5$时,证明
$$2\max\left(\left\lVert\sqrt{2s}\right\rVert,,\left\lVert\sqrt{2s}-1/2\right\rVert\right)=1/2+\left\lVert\sqrt{8s}-1/2\right\rVert$$
注意到$\sqrt{8s}=2\sqrt{2s}$,所以这个等式可以推广到更一般的非负实数$x$的情况,即要证明:
$$2\max\left(\left\lVert x\right\rVert,,\left\lVert x-1/2\right\rVert\right)=1/2+\left\lVert 2x-1/2\right\rVert$$
我自己的做法是分4种情况讨论:
先定义$A(x):=2\max\left(\left\lVert x\right\rVert,,\left\lVert x-1/2\right\rVert\right)$,$B(x):=1/2+\left\lVert 2x-1/2\right\rVert$,然后根据$x$的小数部分(即$x-\lfloor x\rfloor$)落在不同区间来验证$A(x)=B(x)$:
- 当$0 \leq x-\lfloor x\rfloor < 1/4$时:$A(x)=1-2\left(x-\lfloor x\rfloor\right)=B(x)$
- 当$1/4 \leq x-\lfloor x\rfloor < 1/2$时:$A(x)=2\left(x-\lfloor x\rfloor\right)=B(x)$
- 当$1/2 \leq x-\lfloor x\rfloor < 3/4$时:$A(x)=2-2\left(x-\lfloor x\rfloor\right)=B(x)$
- 当$3/4 \leq x-\lfloor x\rfloor < 1$时:$A(x)=2\left(x-\lfloor x\rfloor\right)-1=B(x)$
虽然这个分情况的方法能证出来,但总觉得有点繁琐。而论文里说这个结论是“easy to see”,我怀疑是不是有更直接、更巧妙的证明方式,不用分这么多情况?有没有大佬能指点一下?
备注:内容来源于stack exchange,提问作者summingsummer

